Cycle de Beau de Rochas

Le cycle de Beau de Rochas ou cycle à quatre temps est un cycle thermodynamique théorique. Son principal intérêt pratique réside dans le fait que les moteurs à combustion interne à allumage commandé, généralement des moteurs à essence tel ceux utilisés dans les automobiles, ont un cycle thermodynamique pratique qui peut être représenté de manière approchée par le cycle de Beau de Rochas. Son principe a été défini par Beau de Rochas en 1862 puis mis en œuvre avec succès par Étienne Lenoir (1883).

Nikolaus Otto décrit initialement en 1876, la course du piston en un mouvement de haut en bas dans un cylindre. Le brevet d'Otto a été infirmé en 1886 après que l'on eut découvert que Alphonse Beau de Rochas avait déjà décrit en 1862 le principe du cycle à quatre temps dans une brochure à diffusion privée, mais dont, cependant, il avait déposé le brevet.

Description

Ce cycle est caractérisé par quatre temps ou mouvements linéaires du piston :

Les 4 temps en animation

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  Point mort haut, départ

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  1 - admission

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  2 - compression

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  Le carburant est enflammé

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  3 - détente

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  4 - échappement

1. Admission : Le cycle commence à un point mort haut, quand le piston est à son point le plus élevé. Pendant le premier temps le piston descend (admission), un mélange d'air et de carburant est aspiré dans le cylindre via la soupape d'admission.
2. Compression : La soupape d'admission se ferme, le piston remonte comprimant le mélange admis.
3. Combustion-Détente : Le mélange air-carburant est alors enflammé, habituellement par une bougie d'allumage, aux environs du deuxième point mort haut (remontée complète du piston). La pression des gaz portés à haute température lors de la combustion force le piston à descendre pour le troisième temps (combustion-détente). Ce mouvement est le seul temps moteur (produisant de l'énergie directement utilisable).
4. Échappement : Lors du quatrième et dernier temps les gaz brûlés sont évacués du cylindre via la soupape d'échappement poussés par la remontée du piston.

Schéma des étapes du moteur à quatre temps
1=PMH
2=PMB
 A: Admission 
 B: Compression 
 C: Détente 
 D: Echappement 

Admission et échappement

L'admission et l'échappement des gaz sont généralement commandés par des soupapes bien qu'il existe d'autres systèmes à chemise oscillante ou à disques de distributions.

Avantages et inconvénients

Dans le cas d'une admission de carburant avec l'air (carburateur ou injection indirecte) le cycle à quatre temps a un meilleur rendement que le cycle à deux temps mais à cylindrée égale il est moins performant. De plus, un moteur à 4 temps nécessite une distribution complexe (soupapes, arbres à cames...). Comme sur les 4 temps un seul temps est moteur (le 3^e, qui suit directement la combustion) le piston fournit de l'énergie mécanique une fois tous les 2 tours, il se produit alors des irrégularités au niveau du couple du moteur. Un inconvénient peut être cité, les moteurs 4 temps sont longs et coûteux à réparer à cause du nombre de pièces nécessaires à leur fonctionnement. Pour les moteurs à admission de carburant direct dans le cylindre les gains mécaniques du cycle à deux temps lui apportent un meilleur rendement (pas de perte de carburant dans l'échappement), mais les émissions de polluants du deux temps restent supérieures.

Étude thermodynamique

Diagramme

On modélise le cycle par des transformations particulières :

1. L'admission est modélisée par une isobare 0-1.
2. La compression 1-2 est supposée adiabatique.
3. La combustion se déroule à volume constant sur 2-3, la détente 3-4 est adiabatique.
4. L'ouverture de la soupape est modélisée par l'isochore 4-5, et l'échappement par l'isobare 5-0.

• On appelle α le taux de compression volumétrique $\frac{V_1}{V_2}$.

Le rendement du cycle réversible (rapport du travail fourni par le transfert thermique de la combustion) est alors $\mu=1-\frac{1}{\alpha^{\gamma-1}}$. (γ rapport des capacités calorifiques à pression constante et volume constant est supposé constant).

• La pression moyenne indicative est le rapport

$pmi=\frac{A}{V_2 - V_1}$. (où A représente l'aire de la surface 1.2.3.4.5)

Liens externes

• Moteur quatre temps
• (en) Animated Engines: Moteur quatre temps
• Diaporama de l'étude thermodynamique du moteur à quatre temps
• Cycle de Beau de Rochas
• Feuille de calcul du Cycle Beau de Rochas
• (fr) Logiciel de calcul des grandeurs thermodynamiques d'un MCI

Cycles avec
combustion interne

Cycle d'Atkinson • Cycle de Brayton • Cycle de Diesel • HCCI • Cycle de Lenoir • Cycle de Miller • Cycle à deux temps • Cycle de Beau de Rochas

Cycles mixtes

Cycle combiné • Cycle hybride à haut rendement • Cycle dual

Autres

Cycle de Claude • Cycle de Claude à double pression • Cycle de Fickett-Jacobs • Cycle de Gifford-McMahon • Cycle de Hirn • Cycle de Humphrey • Cycle de Siemens • Cycle de Hampson–Linde • Cycle de Linde à double pression • Cycle de Heylandt • Cycle de Kleemenko